化工原理第5章-《传热》-复习题

“化工原理”第5章《传热》复习题

“化工原理”第五章传热复习题一、填空题1.（2分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃,而环境温度为20℃,采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57W/（m.K）,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁)***答案***1140W2.（2分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m/s时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kW/（m2.K）).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m/s时,此时传热系数α=_____________.***答案***α=0.023(λ/d)Re0.8Pr0.4；α=3.81(kW/（m2.K）)3.（2分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。***答案***q=αA△t；W/（m2.K）4.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△tm=_________.***答案***27.9K5.（2分）在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近________流体的温度,总传热系数K接近______流体的对流给热系数.***答案***蒸气；空气6.（2分）实现传热过程的设备主要有如下三种类型___________、_____________、__________________.***答案***间壁式；蓄热式；直接混合式。7.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________.***答案***热传导；热对流；热辐射。8．（2分）强化传热的方法之一是提高K值.而要提高K值,则应提高对流传热系数_______________________.***答案***提高给热系数较小一侧的给热系数。9．（2分）平壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α1,α2以及间壁导热系数λ的关系为________________.当平壁厚4mm,导热系数为45(W/(m.K))时,两侧给热系数分别为8000(W/（m2.K）)和600(W/（m2.K）)时,总传热系数K=_____________.***答案***(1/K)=(1/α1+δ/λ+1/α2)；532(W/（m2.K）)10.（2分）间壁传热的总传热速率方程为_____.某换热过程中,要求q=30kW,K=555(W/（m2.K）)△t=25K,则传热面积为______.***答案***q=K×A×△tm；2.16m211.（2分）化工生产中常用三种换热方法,其特征是＿＿＿＿＿＿＿＿____________。***答案***冷热两种流体直接混合、冷热两种流体不允许直接接触而是通过间壁换热和流体通过炉内吸走热量。12.（2分）传导传热的傅立叶定律为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿___＿＿其各项表示为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿,＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿,＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***ｄQ/ｄτ＝－λAｄt/ｄδ,ｄQ/ｄτ表示单位时间传递的热量,－表示温度向降低方向传递,A表示传热面积,λ表示导然系数和ｄt/ｄδ表示温度梯度。13.影响传导传热系数的因素有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***物质种类和组成,物质的内部结构和物理状态、温度、湿度、压强等。14.（2分）对流传热牛顿冷却定律为＿＿＿＿＿＿＿,其各项表示为＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***Q＝αA（T－tw）,Q表示传热速度、α表示传热系数、A表示对流传热面积、T表示热流体主体平均温度和tw表示为低温流体壁面温度。15.（2分）影响给热系数α的因素有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸16.（2分）对流传热中的努塞特准数式是＿＿＿＿＿＿,它反映了＿＿____________。***答案***Nu＝αｌ/λ,对流传热过程几何尺寸对α的影响。17.（2分）对流体传热中普兰德准数式为＿＿＿＿＿＿＿,它反映了＿___________＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***Pｒ＝μCｐ/λ,流体的物理性质对α的影响。18.（2分）厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>b2>b3;导热系数λ1<λ2R2>R3；Q1=Q2=Q319.（2分）一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应＿＿＿＿＿＿，主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。***答案***降低；因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。20.（2分）用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2。***答案***大于；小于21.（2分）列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。***答案***提高壳程流体的流速,使壳程对流传热系数提高,园缺形（弓形）,园盘和环形22.（5分）在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______；易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。***答案***外；内；内；内；外。23.（2分）列管换热器的管程设计成多程是为了________________________；在壳程设置折流挡板是为了______________________________________。***答案***提高管程α值；提高壳程α值。24.85.（2分）题号4088第4章知识点100难度容易有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1》第二种为λ2，若作为换热器材料，应选用_________种；当作为保温材料时，应选用__________种。***答案***第一；第二25..当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________倍。***答案***20.826..（2分）沸腾传热中，保持__________沸腾是比较理想的。***答案***泡核27.（2分）进行换热的两流体，若α1》α2时，要提高K值，应设法提高_______；当α1≈α2时，要提高K值，应使_________________。***答案***α2；α1与α2同时提高。28.（2分）水垢的热阻较大的原理，主要是________________________。***答案***垢层的导热系数很小。二、选择题1.（2）穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小()。A.R1>(R2+R3)B.R1<(R2+R3)C.R1=(R2+R3)D.无法比较***答案***C2.（2分）在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为t1、t2，蛇管外有热流体稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度)，如冷却蛇管长度增大一倍,其它条件不变,问出口水温t2应()。A.增大B.减小C.不变D.不一定***答案***A；∵ms2Cp2(t2-t1）=KA△tmms2Cp2(t2-t1）=KπdL{[（T-t1）-（T-t2）]/[ln(T-t1）/（T-t2）]}上式可简化为ms2Cp2/Kπd=L/[ln[ln(T-t1）/（T-t2）；此等式左边为定值，则右边也应为定值，当L增大一倍，ln（T-t1）/（T-t2）也增大一倍，而T，t均恒定，故t必增大3.（6分）套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时:（1）传热系数K应:A增大B减小C基本不变()（2）空气出口温度:A增大B减小C基本不变()（3）壁温A增大B略有减小C基本不变()***答案***（1）A（2）A（3）B4.（2分）在平壁导热过程中q＝λA（t1-t2）／δ，传热推动力是（）。A.λ;B.（t1-t2）;C.δ***答案***B5.（2分）有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为120℃）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20℃加热到80℃，该换热器的平均传热温度差Δtm为（）。A.-60/ln2.5;B.60/ln2.5;C.120/ln5***答案***B6.（2分）将1500kg/h，80℃的硝基苯通过换热器冷却到40℃，冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃，硝基苯比热为1.38kJ/(kg.K)，则换热器的热负荷为（）。A.19800kJ/h;B.82800kJ/h;C.82800kW;***答案***B7.（2分）在比较多的情况下，尤其是液－液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（）。A.热流体的热阻;B.冷流体的热阻;C.冷热两种流体的热阻;D.金属壁的热阻。***答案***D8.（2分）湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（）。A.流体内;B.器壁内;C.湍流体滞流内层中;D.流体湍流区域内。***答案***C9．（2分）对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116W/(m2.K),α2＝11600W/(m2.K)，要提高传热系数（K），最简单有效的途径是（）。A.设法增大α1;B.设法增大α2;C.同时增大α1和α2。**答案***A10.（2分）流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（）方式进行的。A.热传导B.对流传热C.热辐射。***答案***A11.（4分）物质的导热系数，一般来说：金属的λ（），非金属的λ（），液体的λ（），气体的λ（）。A.最小B.最大C.较小D.较大***答案***B；D；C；A。12.（2分）用-10℃的冷冻盐水冷却某溶液，使用列管式换热器应将冷冻盐水安排走（）。A.壳程B.管程C.壳、管程均可。***答案***B13.（2分）蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数α值（）。A.降低B.升高C.不变。***答案***A14.（3分）在下面几种换热器中，传热系数较大的是（）；能适用于高温高压场合的是（）；单位传热面积的金属耗较大的是（）。A.套管式；B.列管式；C.板式。***答案***C；B；A。15.（2分）蒸汽冷凝时，膜状冷凝的α()滴状冷凝的α。A.等于；B.大于；C.小于。***答案***B。三、判断题1.（2分）凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。()***答案***×2.（2分）强化传热过程最有效的途径是增大传热面积，提高传热温度差。（）*答案*×3.（2分）导热系数和给热系数都是物质的属性之一。（）***答案***×4.（2分）当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。（）***答案***×5.（2分）在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作，所需传热面积要小。（）答案：√6.（2分）无相变的折，错流换热器，其平均温度差△t都比逆流时为小。（）*答案*√7.（2分）换热器的导热管，应选用导热系数值大的材料。（）*答案*√8.（2分）计算对流传热速率Q=αA△t时，若为圆管，则式中的传热面积应取管内、外表面积的平均值（）***答案***×9.（2分）在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热器（）***答案***×10.（2分）列管换热器采用多管程的目的是提高管内流体的对流传热系数α（）***答案***√四、问答题1.（5分）试述对流传热的机理?***答案***热流体流过管道时,在湍流主体中,流体剧烈拢动,形成漩涡,使质点强烈混合而交换热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有密度差，会引起质点的对流，比较复杂。2.（5分）强化传热过程应采取哪些途径?***答案***根据Q＝KA△tm方程,指任一个K、A、△t都能提高强化传热(1)增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；(2)增大传热温差△tm可采用逆流操作,因为当T1，T2，t1，t2四个温度一定时，逆流传热温差△tm最大；(3)提高传热系数K由K＝1/（1/αo＋1/αi＋Σ（δ/λ））提高α1、α2降低δ,都能强化传热,要提高α由单层改为多层,或在壳程中增设档板，对于蛇管中,加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可,还可采用导热系数大的流体作载热体。3.（5分）为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作?***答案***操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节省设备费用。此外，逆流热流体出口温度T可接近冷流流体进口温度t，对相同热负荷言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t可接近热流体进口温度T，对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑，逆流操作费小。4.（5分）什么是稳定传热和不稳定传热?***答案***在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。5.（5分）说明流体流动类型对给热系数的影响。***答案***流体为层流时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。当为湍流时，传热是以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流情况下进行。6.（6分）给热系数受哪些因素影响?***答案***流动类型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度μ、密度ρ、比热Cp，导热系数λ均对给热系数有影响。传热面的形状、大小和位置：管子的排列、折流都是为了提高给热系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数大，流体在传热过程有无相变，有相变α大。分析α＝0.023λ/dRe0.8Pr03~0.4也可以回答上列问题。7.（3分）提高传热系数时,为什么要着重提高给热系数小的这一侧?***答案***当忽略金属壁面的导热热阻时，1/K=1/α1+1/α2=(α1+α2)